Гидротехнические сооружения

М.В. НЕСТЕРОВ
ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ
СООРУЖЕНИЯ
2-е издание, исправленное и дополненное
Утверждено
Министерством образования Республики Беларусь 
в качестве учебника для студентов учреждений высшего образования 
по специальности «Мелиорация и водное хозяйство»
(соответствует направлению подготовки 
35.03.08 «Водные биоресурсы и аквакультура»;
специальности 08.05.01 «Строительство уникальных 
зданий и сооружений»)
Москва
«ИНФРА
М»
2021

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11
УДК 626.8(075.8)
ББК 38.77я38
 
Н56
Р е ц е н з е н т ы:
кафедра гидротехнического и энергетического строительства Белорусского национального технического университета;
зав. кафедрой сельскохозяйственных гидротехнических мелиораций Брест- 
ского государственного технического университета, кандидат технических наук, доцент Н.Н. Водчиц
Нестеров, М.В.
Г
идротехнические сооружения : учебник / М.В.  Нестеров. — 
Н56
2-е изд., испр. и доп.  — Москва : ИНФРА-М, 2021. — 601 с. : 
ил. — (Высшее образование: Бакалавриат).
ISBN 978-5-16-010306-8 (ИНФРА-М, print).
ISBN 978-5-16-102246-7 (ИНФРА-М, online).
Рассмотрены конструкции и методы расчета речных и внутрисистемных гидротехнических сооружений. Приведены примеры расчетов. 
При освещении всех разделов курса широко использованы действующие нормативные документы. Учтены наиболее важные достижения 
в области мелиоративной гидротехнической науки за последние годы.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Мелиорация и водное хозяйство». Может быть полезен учащимся средних специальных учебных заведений, а также специалистам, занимающимся проектированием, строительством и эксплуатацией гидротехнических сооружений.
УДК 626.8(075.8)
ББК 38.77я38
 
© Нестеров М.В., 2014, 
с изменениями
ISBN 978-5-16-010306-8 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-102246-7 (ИНФРА-М, online)
 
© ООО «Новое знание», 2014

Оглавление
Предисловие.............................................................................................................. 9
Введение...................................................................................................................11
1. Значение воды в жизни человека...............................................................11
2. Водные ресурсы России и Беларуси, водное хозяйство 
и его отрасли......................................................................................................12
3. Краткие исторические сведения о гидротехническом 
строительстве и перспективы его развития.
...........................................19
Глава 1. Общие сведения о гидротехнических сооружениях...........27
1.1. Классификация гидротехнических сооружений.
...............................27
1.2. Особенности и условия работы гидротехнических .
сооружений.
......................................................................................................31
1.3. Методы проектирования гидротехнических сооружений.
.............35
Глава 2. Фильтрация в основании водоподпорных сооружений 
и в обход их.
............................................................................................................38
2.1. Общие сведения о фильтрации................................................................38
2.1.1. Фильтрационный поток в основании сооружений.
..............38
2.1.2. Составные части флютбета и силы, действующие .
на него....................................................................................................43
2.2. Задачи и методы фильтрационных расчетов......................................49
2.2.1. Понятие о фильтрационных расчетах.
.......................................49
2.2.2. Определение минимальной допустимой длины 
подземного контура.
..........................................................................51
2.2.3. Расчеты по гидродинамической сетке.......................................53
2.2.4. Расчет фильтрации методом коэффициентов 
сопротивления Р
.Р
. Чугаева...........................................................60
2.2.5. Расчет фильтрации методом удлиненной контурной .
линии......................................................................................................72
2.3. Дренажи, шпунтовые стенки и фильтрационные .
деформации......................................................................................................73
2.3.1. Роль дренажей и шпунтовых стенок в подземном .
контуре.
..................................................................................................73
2.3.2. Фильтрационные деформации.....................................................84
2.4. Фильтрация воды в береговых примыканиях....................................97
2.4.1. Общие сведения.................................................................................97
2.4.2. Фильтрационные расчеты..............................................................98

Оглавление
4
Глава 3. Каналы и гидротехнические сооружения на них.
...............101
3.1. Классификация гидротехнических сооружений.
............................................ 101
3.2. Каналы.............................................................................................................102
3.2.1. Общие сведения...............................................................................102
3.2.2. Гидравлический расчет каналов.
................................................105
3.2.3. Расчет фильтрации из каналов.
..................................................121
3.2.4. Расчет устойчивости каналов.....................................................129
3.3. Водопроводящие сооружения.................................................................135
3.3.1. Общие сведения...............................................................................135
3.3.2. Акведуки.............................................................................................136
3.3.3. Дюкеры................................................................................................142
3.4. Водорегулирующие сооружения.
...........................................................149
3.4.1. Общие сведения...............................................................................149
3.4.2. Открытые регуляторы (шлюзы-регуляторы).......................151
3.4.3. Диафрагмовые шлюзы-регуляторы..........................................167
3.5. Трубчатые водорегулирующие сооружения......................................168
3.5.1. Общие сведения...............................................................................168
3.5.2. Режимы работы трубчатых сооружений.
................................169
3.6. Сопрягающие сооружения.......................................................................173
3.6.1. Выбор типа сопрягающих сооружений...................................173
3.6.2. Перепады.
............................................................................................176
3.6.3. Быстротоки........................................................................................182
3.6.4. Консольные перепады.
...................................................................187
Глава 4. Грунтовые плотины...........................................................................195
4.1. Плотины из грунтовых материалов и их классификация...........195
4.2. Выбор типа плотины..................................................................................198
4.3. Выбор и расчет основных размеров профиля плотин.
..................208
4.4. Крепление откосов......................................................................................222
4.5. Дренажи грунтовых насыпных плотин...............................................235
4.6. Фильтрационные расчеты плотин.
........................................................243
4.6.1. Общие сведения и задачи фильтрационных .
расчетов...............................................................................................243
4.6.2. Допущения при расчетах и расчетные схемы.
......................245
4.6.3. Расчет положения депрессионной кривой 
и фильтрационного расхода.
........................................................247
4.6.4. Расчет фильтрационной прочности плотин .
и их оснований.
.................................................................................269
4.7. Расчет устойчивости откосов грунтовых плотин............................272
4.7.1. Общие сведения...............................................................................272

Оглавление
5
4.7.2. Расчет устойчивости откосов по круглоцилиндрической 
поверхности скольжения..............................................................275
4.7.3. Расчет устойчивости экрана........................................................283
4.8. Расчеты осадок тела и основания плотины.
......................................283
4.8.1. Напряженное состояние грунта.................................................283
4.8.2. Учет осадок в грунтовых плотинах.
..........................................284
4.8.3. Расчет осадок.
....................................................................................285
4.8.4. Приближенная оценка вертикальных деформаций 
гребня плотины................................................................................287
Глава 5. Водопропускные сооружения при плотинах 
из местных материалов....................................................................................288
5.1. Назначение и классификация водопропускных сооружений.
....288
5.2. Водосбросные сооружения (водосбросы)..........................................289
5.2.1. Общие сведения...............................................................................289
5.2.2. Открытые регулируемые береговые 
поверхностные водосбросы..........................................................293
5.2.3. Открытые нерегулируемые (автоматические) 
береговые водосбросы....................................................................306
5.2.4. Закрытые автоматические водосбросы...................................317
5.2.5. Общие положения проектирования 
водосбросных сооружений...........................................................337
5.3. Водозаборные сооружения.
......................................................................343
5.3.1. Общие сведения...............................................................................343
5.3.2. Типы водозаборов.
...........................................................................345
5.3.3. Гидравлические расчеты водозаборов.
.....................................351
5.4. Водоспускные сооружения......................................................................356
5.4.1. Общие сведения...............................................................................356
5.4.2. Типы водоспусков...........................................................................357
5.5. Водосливные бетонные и железобетонные плотины.....................375
5.5.1. Назначение и особенности водосливных плотин.
...............375
5.5.2. Классификация водосливных плотин.....................................378
5.5.3. Составные части и элементы водосливных плотин...........379
5.5.4. Гидравлический расчет водосливных плотин.
......................391
Глава 6. Затворы гидротехнических сооружений................................399
6.1. Общие сведения о механическом оборудовании 
гидротехнических сооружений...............................................................399
6.2. Классификация затворов..........................................................................400

Оглавление
6
6.3. Действующие силы и общие условия работы затворов.
...............402
6.4. Виды поверхностных затворов...............................................................406
6.5. Виды глубинных затворов.
.......................................................................417
6.6. Плоские затворы..........................................................................................420
6.6.1. Простейшие затворы......................................................................420
6.6.2. Плоские ригельные затворы.
.......................................................424
6.6.3. Противофильтрационные уплотнения....................................430
6.6.4. Сила тяжести затворов и определение усилий 
для маневрирования ими..............................................................433
6.7. Сегментные затворы водосливных отверстий..................................436
6.7.1. Общие сведения о сегментных затворах и условиях 
их применения..................................................................................436
6.7.2. Составные части затвора..............................................................436
6.7.3. Расположение осей вращения сегментного затвора.
..........439
6.7.4. Подъемное усилие сегментного затвора.................................441
6.8. Затворы-автоматы мелиоративных сооружений.............................444
Глава 7. Водозаборные сооружения и отстойники..............................454
7.1. Назначение и классификация водозаборных сооружений..........454
7.2. Бесплотинные водозаборы.......................................................................456
7.3. Плотинные водозаборы.............................................................................459
7.4. Назначение и общая классификация отстойников........................463
7.5. Определение основных размеров отстойников.
...............................469
7.6. Биоинженерные сооружения на каналах.
...........................................473
Глава 8. Регулирование русел, борьба с затоплением 
территорий, водной эрозией почв, оврагообразованием..................481
8.1. Общие сведения...........................................................................................481
8.2. Движение наносов в реках и каналах..................................................483
8.3. Формирование русел и основные направления воздействия 
на эрозионные процессы...........................................................................486
8.4. Методы регулирования русел.................................................................491
8.5. Регуляционные сооружения....................................................................497
Глава 9. Гидротехнические сооружения водного транспорта.........503
9.1. Классификация водных путей.
...............................................................503
9.2. Судоходные каналы....................................................................................505
9.3. Судоходные шлюзы....................................................................................507
9.4. Судоподъемники..........................................................................................512
9.5. Лесопропускные сооружения.
.................................................................513

Оглавление
7
Глава 10. Рыбоводные хозяйства, пруды и сооружения.
..................516
10.1. Типы и системы прудовых рыбоводных хозяйств.
.......................516
10.2. Рыбопитомники карповых хозяйств.
.................................................517
10.3. Система водоснабжения рыбоводных прудов 
и сооружений на ней.
...............................................................................520
10.4. Рыбозащитные устройства и рыбозаградительные .
сооружения..................................................................................................527
10.4.1. Рыбозащитные устройства.......................................................527
10.4.2. Рыбозаградительные сооружения.
.........................................528
10.5. Сооружения рыбосборно-осушительной системы.
.......................532
10.5.1. Рыбосборно-осушительные каналы......................................532
10.5.2. Сбросные каналы.........................................................................533
10.5.3. Донные водоспуски.....................................................................534
10.5.4. Рыбоуловители.............................................................................535
10.6. Рыбопропускные сооружения..............................................................538
10.6.1. Назначение и типы рыбопропускных сооружений, 
предъявляемые к ним требования.
............................................. 538
10.6.2. Рыбоходы........................................................................................540
10.6.3. Угреходы.
.........................................................................................544
10.6.4. Рыбоподъемники..........................................................................545
10.7. Перспективы развития прудового рыбоводства.
...........................546
Глава 11. Речные гидроузлы, гидросистемы, пруды 
и водохранилища................................................................................................551
11.1. Гидроузлы и гидросистемы.
...................................................................551
11.1.1. Общие сведения о речных гидроузлах.
................................551
11.1.2. Основные требования к компоновке гидроузлов............554
11.2. Пруды.
............................................................................................................557
11.2.1. Общая классификация водоемов...........................................557
11.2.2. Характеристика водоемов.........................................................558
11.2.3. Пруды Республики Беларусь..................................................561
11.3. Водохранилища..........................................................................................564
11.3.1. Общие сведения о водохранилищах 
Республики Беларусь.................................................................564
11.3.2. Изменение гидрологического режима 
и его воздействие на природные условия 
зоны водохранилища..................................................................565
11.3.3. Изменение природных условий вокруг .
водохранилища.............................................................................569

Оглавление
8
11.3.4. Изменение природных условий 
в нижнем бьефе гидроузлов.
....................................................573
11.3.5. Организация чаши водохранилищ 
и противомалярийные мероприятия....................................574
Глава 12. Развитие и исследование гидротехнических  
сооружений...........................................................................................................577
12.1. Виды исследований гидротехнических сооружений...................577
12.2. Лабораторное исследование гидротехнических сооружений....578
12.2.1. Общие сведения о лабораторных исследованиях.
...........578
12.2.2. Гидравлические лабораторные исследования...................580
12.2.3. Статические исследования 
гидротехнических сооружений...............................................588
12.3. Натурные исследования гидротехнических сооружений..........589
Литература.............................................................................................................597

Предисловие
Дисциплина «Гидротехнические сооружения» играет важнейшую роль в  подготовке будущего инженера по специальности 
«Мелиорация и водное хозяйство», так как современные водохозяйственные и, в частности, мелиоративные системы должны быть 
насыщены достаточным количеством гидротехнических сооружений, а управление водными ресурсами и их использование в тех 
или иных целях осуществляется посредством гидротехнических 
сооружений, эффективность и надежность работы которых зависит во многом от качества разработки проектов.
Гидротехнические сооружения — это различные сооружения 
и  устройства, применяемые для использования водных ресурсов 
в  различных отраслях водного хозяйства, а  также сооружения, 
применяемые для борьбы с вредным действием воды.
Вопросы гидротехнического строительства являются одним 
из важнейших элементов в общем комплексе водохозяйственных 
проблем. Изучение водных ресурсов, эффективное использование 
естественных и искусственных водоемов и водотоков для мелиоративного строительства, водоснабжения, рыборазведения составляют научную и  практическую основу гидротехники. Большую 
роль в формировании природного водного баланса играют экосистемы, созданные в результате мелиоративного и водохозяйственного строительства. Построенные водохозяйственные объекты  — 
это не только крупные мелиоративные системы и полносистемные 
рыбоводные хозяйства, но и аккумулирующие пруды и водохранилища, позволяющие срезать пик весенних и летне-осенних паводков и накопить сток для дальнейшего использования в различных 
отраслях водного хозяйства. Особо следует отметить, что современная мелиоративная система практически немыслима без строительства гидротехнических сооружений. Поэтому важно, чтобы 
в процессе обучения студент освоил современные и перспективные 
методы проектирования и расчета гидротехнических сооружений, 
обеспечивающих создание эффективно работающих мелиоративных систем, обеспечивающих надежное регулирование водно-воздушного режима почв.
В  учебнике рассмотрены широко известные и  сравнительно 
новые методы расчета, представлены наиболее распространенные 
конструктивные решения сооружений, а также примеры их компо

Предисловие
10
новок в составе гидроузлов. Материал изложен на основе действующих нормативных документов и в соответствии с типовой учебной 
программой по дисциплине «Гидротехнические сооружения» для 
учреждения высшего образования по специальности 1-74  05  01 
«Мелиорация и водное хозяйство».
Автор выражает искреннюю благодарность рецензентам: заведующему кафедрой гидротехнического и  энергетического строительства Белорусского национального технического университета, 
кандидату технических наук, доценту Г.Г. Круглову и заведующему 
кафедрой сельскохозяйственных гидротехнических мелиораций 
Брестского Государственного технического университета, кандидату технических наук, доценту Н.Н.  Водчицу за внимательное 
прочтение и ценные советы по улучшению содержания учебника.